配网通信运行支撑系统关键集成技术

包达志

(广东电网有限责任公司中山供电局，广东 中山 528400)



配网通信运行支撑系统关键集成技术

包达志

(广东电网有限责任公司中山供电局，广东 中山 528400)

配网通信具有组网方式复杂、网络异构性不断增加的特点。研究了当前电力配网通信运行支撑系统的总体要求，对工业以太网、中低压载波、以太网无源光网络(Ethernet passive optical network，EPON)/吉比特无源光网络(gigabit-capable PON，GPON)、分时长期演进(time division long term evolution，TD-LTE)等配网通信网络的集成需求及技术进行总结和比较，配置合理可行的系统集成开发技术，设计配网通信运行支撑系统的建设模型并实现系统功能。

配网通信；运行支撑；网管接口；集成技术

配网通信主要为配网的各种业务提供传输和交换服务，其组网形态主要包括工业以太网、中低压载波、以太网无源光网络(Ethernet passive optical network，EPON)/吉比特无源光网络(gigabit-capable PON，GPON)、分时长期演进(time division long term evolution，TD-LTE)等网络，随着配用电业务的发展，配电通信网络规模不断扩大，网络的异构性也不断增加，整个网络越来越复杂。

配电通信网络中存在不同的子网、不同厂家的网络和通信设备，系统彼此间差异大，采用的格式和标准各异，相互间信息交互难，一体化管理难，导致在配网通信网络中形成了一个个信息孤岛，增加了管控工作的复杂性和管理难度。

在资源管理方面，现有的配网资源管理覆盖不全，部分配网资源在主网的资源管控系统中无管理、无呈现。目前通信资源管理总体存在以主网为为主、配网各自为政的现状，缺乏对配网的资源有机结合、统一管理的平台。譬如配网光缆网管理主要采用主网资源管控系统进行支撑，而该系统仅实现了逻辑光缆资源的管理，目前尚不能支撑物理光缆路径的管理。光缆网模型建立在逻辑路由基础上，未关联到物理路由信息。因此，在路由组织、故障定位和判断、业务抢通及光缆抢修等各个层面，均处于较为被动的局面。

在综合监视管理方面处于人工监视和被动故障处理的局面，缺乏全网综合视图，网络运行的性能、告警、流量、拓扑等参数无法实时监测，全网的自动监测无法进行，缺乏跨专业、跨厂商的相关分析工具，网络告警与资源台帐缺乏数据关联，导致物理资源与逻辑资源无法关联分析，对故障侦测慢。同时，缺乏统一的基础配置平台，需要登陆不同的设备和各专业网管，设备多，工作量大。

由于缺乏有效的支撑平台，配网通信网管运行数据无法及时全面地采集、呈现，配网通信缺乏综合化、智能化分析工具，致使配网通信的运行支撑工作管理粒度粗，工作量大，配网班组管理吃力，导致配网通信的精细化管控工作产生了诸多困难。

随着智能电网的加快构建，当前配网通信生产中大量人工监控、人工分析和人工处理的落后工作方式已经无法满足 “十三五”电网规划中关于配网实现综合化、自动化、智能化支撑的要求，为了提升配网通信智能化管理水平和效率，有效支撑信息通信一体化管控要求[1]，全面研究和建立配网通信运行支撑系统将有效提升配网通信专业驾驭大规模通信网的能力。

1 系统集成需求研究

除了通用分组无线服务(general packet radio service，GPRS)公网通信，目前电力配网通信的自有网络主要由工业以太网、中低压载波、EPON/GPON、TD-LTE四种通信方式构成对配网通信业务的支撑。由于通信方式和网络组网特点的不同，配网通信运行支撑系统将根据不同的生产监视需求对这些通信设备节点的网管信息进行采集和集成。

1.1 以太网交换机集成需求

光纤以太网交换机主要包括由光纤作为传输媒介的三层和两层交换设备，由于其具有信号传输可靠、抗干扰能力强、组网能力强、系统可成环、信号的传输具有路由保障等特点，光纤以太交换网在电网通信的遥测、遥信和遥控等业务需求方面大量使用[2]。为了整合各厂家及不同型号的以太网交换设备的网络运行状态，配网通信运行支撑系统通过接口采集三层和两层交换机的以下数据：厂商、型号、类型、端口信息、互联网协议(Internet Protocol，IP)地址、虚拟局域网(virtual local area network，VLAN)、中央处理器(central processing unit，CPU)使用率、内存使用率、电源状态、网络链路流量、设备运行时间、响应时间、端口进出流量大小、丢包率、错包率、带宽使用率、邻居端口名称、邻居IP地址、邻居媒体访问控制(medium/media access control，MAC)地址等数据。其中，采集厂商、型号、类型、端口信息、IP地址主要为了满足网络设备台帐的基本信息管理；采集CPU、内存、电源状态信息主要为了满足设备基本运行状态及是否在线的监视，电源状态有两个信息点，分别反映以单电源还是双电源方式供电，判断现场设备的供电情况；采集链路流量、响应时间及端口进出流量主要为了满足以端口作为对象的监视活动；采集邻居端口名称、邻居IP地址、邻居MAC地址反映了本端设备端口与对端设备端口的连接信息，满足设备拓连接关系及组建网络逻辑拓扑的管理。

1.2 载波通信集成需求

载波通信主要由基于传输线缆而搭建的主载波和次载波设备构成。由于投资成本低，建设时需要停电，传输带宽不高，因此载波通信被应用于点对点的信号传输业务，如遥测、遥信等。为了整合所有载波设备的网络运行状态，配网通信运行支撑系统通过接口采集载波设备的以下运行信息：载波机名称、载波机地址、版本、载波机层级、工作模式、是否在线、下行发送频点、上行发送频点、接收频点、下行功率档位、上行功率档位、波特率、网络符号、端口。其中，采集载波机名称、载波机地址、版本、载波机层级、工作模式主要为了满足载波机基本台帐的管理；采集工作模式、是否在线、下行发送频点、上行发送频点、接收频点、下行功率档位、上行功率档位、波特率主要为了满足对载波机运行状态的监视；采集网络符号、端口主要为了区分主、次载波，以及支持载波通信的逻辑拓扑呈现[3]。

1.3 无源光纤网络集成需求

无源光纤网络(passive optical network，PON)目前在现网中广泛应用，包括EPON和GPON两种主流技术，主要由局端设备(光线路终端(optical line terminal，OLT))与多个用户端设备(光网络单元(optical network unit，ONU)、光网络终端(optical network terminal，ONT))之间通过无源的光缆、光分(合)路器等组成的接入网络。为了整合所有PON设备的网络运行状态，配网通信运行支撑系统通过接口采集PON设备的以下运行信息：设备标准名称、设备网管别名、网元类型(OLT、ONU、无源光分路器(passive optical splitter，POS))、投运时间、设备位置、上行流量、下行流量、上连端口、下连端口。其中采集设备标准名称、设备网管别名、网元类型(OLT、ONU、POS)、投运时间、设备位置信息满足了PON设备台帐的管理要求；采集上行流量、下行流量信息满足了以端口为对象的网路运行监控要求；采集上连端口、下连端口信息能够反映出PON设备间的连接关系，满足了PON网络逻辑拓扑呈现的要求[4]。

1.4 TD-LTE集成需求

TD-LTE作为一种4G技术标准，具有较高的通信性能，安装、使用便捷，因此，LTE通信方式适用于在不便改造的老城区及大型集中化的社区中提供配网自动化、用电信息采集、负荷控制等关键业务应用。为了整合所有LTE网络运行状态，配网通信运行支撑系统通过接口采集LTE网络的以下信息：基站名称、基站编码、所属机房名称、所属区域、信号强度、国际移动用户识别码(international mobile subscriber identification number，IMSI)、名称、归属小区、经度、纬度、用户设备(user equipment，UE)连接状态、上行参考速率、下行参考速率、参考信号接收功率(reference signal receiving power，RSRP)、信号与干扰加噪声比(signal to interference plus noise ratio，SINR)、终端名称、终端编码、终端标识、终端厂商、经度、纬度、IP地址、型号、UE数量。这些信息主要反映的是LTE基站运行状态及其接入终端的运行情况[5]。

2 系统集成技术及实现

配网通信运行支撑系统对设备的网管信息采集方式无法一概而论，需要根据设备厂商的支撑能力、设备的支持能力并结合软件实现的便利性和效率选择最佳集成技术。目前，网管的软件实现技术主要包括通用对象请求代理体系结构(common object request broker architecture，CORBA)技术、基于简单网络管理协议(Simple Network Management Protocol，SNMP)的管理信息库(management information base，MIB)技术、电信网络协议 (Telecommunication Network Protocol，TELNET)及SOCKET四种技术[6]。

2.1 基于CORBA技术的网管采集

CORBA 技术是对象管理组织(Object Management Group，OMG))制定的分布式对象计算中间件标准，目前已成为业界开发分布式系统的事实标准之一，并且仍处在不断发展中。面向网管平台的北向接口通常以CORBA 技术作为网管采集的主要接口方式，由于这种方式不直接面向设备，具有较高的采集效率及性能可靠性。

具有标准化、可靠网管平台的通信设备供应商通常具有成熟的北向接口，CORBA 技术是主要的网管北向通信方式。在电力配网通信中以1.8 GHz、230 MHz为主要频段的TD-LTE 4G网络普遍具有网管平台。例如以华为4G为代表的U2000网管能够提供详细的北向CORBA接口定义和接口功能。因此，配网通信运行支撑系统对所有LTE网络运行状态的集成接口主要采用CORBA技术，实现对基站、基站控制器、终端实现台帐、运行状态、拓扑等信息的数据采集功能。图1说明了华为TD-LTE 4G网管信息集成采集方案[7]。

图1 LTE网管信息集成采集

2.2 基于MIB的网管采集

SNMP是一种基于传输控制协议(Transmission Control Protocol，TCP)/IP协议簇的网络管理标准。SNMP管理的网络主要由被管理的设备、SNMP代理及网管系统3部分构成，其中被管理的网络设备都具有各自的MIB用于支持上层应用收集并储存其管理信息。

SNMP V1和SNMP V2把各个设备的数据变量收集在一个大MIB 中，而MIB-II发布后，国际互联网工程任务组(The Internet Engineering Task Force，IETF)采取了不同的策略，允许发布多个单独的MIB文档，每个文档可定义特定类型设备的数据变量。因此，借助SNMP的支持，上层网管系统能通过调用公有和私有MIB获取网路设备的各类运行信息。由于大部分电力以太网交换机、PON设备均具有完整的MIB，而且这些设备的厂商网管功能缺失，软件接口实现技术具有灵活和便捷的优势，因此，配网通信运行支撑系统对所有电力以太网交换机、PON设备网络运行状态的集成接口主要采用基于MIB的网管采集方式[8]。表1说明了通过各对象标识符(object identifiers，OID)的调用对以太网交换机system功能组实现信息采集，其中部分OID数据项具有读写两种功能。

表1 工业以太网交换机system功能组

节点OID访问方式说明sysDescr.1.3.6.1.2.1.1.1.0RO硬件和操作系统描述sysObjectID.1.3.6.1.2.1.1.2.0RO设备厂商的授权标识符sysUpTime.1.3.6.1.2.1.1.3.0RO设备运行时间sysContact.1.3.6.1.2.1.1.4.0RW设备管理人员描述sysName.1.3.6.1.2.1.1.5.0RW设备名称sysLocation.1.3.6.1.2.1.1.6.0RW设备物理地址sysServices.1.3.6.1.2.1.1.7.0RO设备提供的服务值

注：RO—只读，read only的缩写；RW—读写，read and write的缩写。

2.3 基于TELNET的网管采集

TELNET是 TCP/IP 协议簇中的一部分，协议定义的接口可用于实现界面终端和面向终端的信息交互，因此，基于TELNET的网管采集能够通过建立网络虚拟终端(network virtual terminal，NVT)与远程设备进行通信的方式来采集网络监控各项指标。基于TELNET的网管采集方式的优点是通用性强，适用网络设备范围广，但由于TELNET方式是模拟NVT的操作，当前操作及下一步操作均具有严格的操作序列要求，接口数据采集效率不高。因此，面向通信设备底层运行状态的数据采集时，采用基于TELNET的网管采集方式。以下是通过.Net开发平台的C#开发语言对以太网快速生成树协议(Rapid Spanning Tree Protocol，RSTP)网管数据采集的实现方案[9]。

TelnetHelper telnet=new TelnetHelper("192.168.1.245", "admin", "admin");

try

{

if (telnet.open_connect())

{

telnet.Send("enable");

telnet.RecieveData();

telnet.Send("");

telnet.Send("show rstp");

string strInfo1=telnet.RecieveData();

}}

2.4 基于SOCKET的网管采集

SOCKET是以TCP和用户数据报协议(User Datagram Protocol，UDP)为主要传输层协议的一种套接字规范，由于套接字屏蔽了底层通信软件和具体操作系统的差异，使得任何两台安装了TCP或实现了套接字规范的计算机或虚拟机之间的通信成为可能。在Windows系统环境下，套接字接口主要有流式套接字、数据报套接字和原始套接字3种。应用程序通过套接字向网络设备的目标IP和指定端口发出请求，服务器使用ServerSocket 在指定端口下监听和等待客户发出的连接请求，一旦客户和服务器之间建立了连接，会话随即产生，并进行数据交互[10]。基于SOCKET的网管采集方式效率不高，仅在其他网管采集方式均不方便实现的情况下才使用。由于载波通信没有专业的厂商网管，其网络运行数据类别和数据量都不大，因此，在其他网管接口集成技术难以实现的情况下，采用基于SOCKET的网管采集方式实现对台帐、在线状态和运行情况的监视。以下是通过.Net开发平台的C#开发语言建立与载波设备的连接并判断其是否在线的实现方案[11]。

private void SocketConnect()

{

BaseChannel socket=new SocketClient("172.17.95.2：20003");

if (socket.OpenSync())

{

if (socket !=null && socket.IsOpen)

{

//发送的指令

byte[] inByte=new byte[] { 0x69, 0x00, 0x03, 0x00, 0x03, 0x69, 0xFF, 0xFF, 0x0F, 0x0D, 0x16 }}}}

3 系统模型设计及实现

配网通信运行支撑系统采用分层结构开发和设计，将界面、业务逻辑和数据分离，实现系统内部松耦合，以灵活、快速地响应业务变化对系统的需求。系统层次结构划分为数据层、信息服务层、业务逻辑层和控制层，通过各层次系统构件间服务的承载关系，实现系统功能。

各层的应用构件利用系统服务框架所提供的基础服务实现系统公共设计、运行与管理机制。其中业务逻辑层及信息服务层中的构件必须遵守同样的设计规则并在一个统一的构件运行环境中运行。

其中集成接口服务一方面实现与外部应用系统进行数据交互的接口服务，根据企业集成平台规定的集成机制，通过适配器等技术实现内部的信息服务构件和业务逻辑构件对企业应用集成的支持，譬如对在线地图(online map)服务实现调用或与南方电网地理信息系统(geographic information system，GIS)平台的地图服务进行对接，建立地图底图的应用[12]；另一方面，系统建立基于设备网管的北向接口或对设备直采的网管接口，对包括工业以太网、中低压载波、EPON/GPON、TD-LTE等网络建立网管接口采集，实现对配网通信各类设备网络性能、告警、配置及台帐等信息的采集和网络集成。系统的总体架构如图2所示。

图2 系统架构

4 结束语

经过对配网通信运行支撑系统的大量调研，形成了较为完整的配网通信运行支撑网管监视需求，严格按照需求对网管集成的接口技术进行详细研究，根据配网通信方式和网络组网特点配置合理的集成方案，设计了配网通信运行支撑系统模型，实现了系统的应用功能，满足了配网通信综合化、自动化、智能化的支撑目标。

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(编辑 彭艳)

Key Integrated Technology for Supporting System for Power Distribution Network Communication Operation

BAO Dazhi

(Zhongshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co., Ltd., Zhongshan, Guangdong 528400, China)

Power distribution network has characteristics of complex network construction and increasing network heterogeneity.This paper studies general requirements of supporting system for power distribution network communication operation at present, summarizes and compares integrated demands and technologies of power distribution network communication network including industrial Ethernet, medium and low voltage carrier, Ethernet passive optical network (EPON)/ gigabit-capable Pon (GPON), time division long term evolution (TD-LTE), and so on, so as to allocate reasonable and feasible integrated development technologies，design construction models for supporting system and realize system functions.

power distribution network communication; supporting system; network management interface; integrated technology

2016-05-30

2016-08-10

中国南方电网有限责任公司科技项目(GDKJ00000033)

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.11.015

TM76

A

1007-290X(2016)11-0075-06

包达志(1975)，男，福建宁德人。高级工程师，工商管理硕士，从事电力通信系统运行维护、技术管理等工作。